智能型礦用隔爆饋電開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)研究

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摘要：隨著我國(guó)科技力量的的增強(qiáng)，煤礦在發(fā)展過(guò)程中采用的越來(lái)越多的大型化機(jī)電設(shè)備。機(jī)電設(shè)備的主要?jiǎng)恿?lái)源就是靠電的供應(yīng)。饋電開(kāi)關(guān)在井下的電路中起著通、斷電的功能，同時(shí)為了保護(hù)電路饋電開(kāi)關(guān)還需要對(duì)電網(wǎng)中存在的各種故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在發(fā)生故障時(shí)，及時(shí)斷開(kāi)電路，保證人身安全。為此設(shè)計(jì)了基于PLC的智能礦用隔爆饋電開(kāi)關(guān)，從饋電開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)中相關(guān)參數(shù)的檢測(cè)、選擇性漏電保護(hù)、相敏保護(hù)、負(fù)序保護(hù)和欠壓過(guò)壓以及過(guò)載保護(hù)等功能。對(duì)其PLC軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足能夠進(jìn)行人機(jī)交互，從而實(shí)現(xiàn)饋電開(kāi)關(guān)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的保護(hù)功能。

關(guān)鍵詞：煤礦；饋電開(kāi)關(guān)；PLC；人機(jī)交互

煤炭資源在我國(guó)自然礦產(chǎn)中占據(jù)著重要的地位，在能源結(jié)構(gòu)中占到70%左右。在實(shí)際的開(kāi)采過(guò)程中，我國(guó)煤礦大都屬于地下開(kāi)采，地下開(kāi)采就意味著井下生產(chǎn)條件和工作環(huán)境惡劣。同時(shí)在開(kāi)采的過(guò)程中，井下采用的都是大型機(jī)電設(shè)備，機(jī)電設(shè)備主要的動(dòng)力來(lái)源就是井下電網(wǎng)，井下線路基本鋪設(shè)在煤礦巷道中。由于井下自然條件不穩(wěn)定，甚至是井下工作面經(jīng)常出現(xiàn)瓦斯積聚的現(xiàn)象、由于線路老化或者是工人操作不當(dāng)，礦井井下低壓電網(wǎng)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)短路、漏電等現(xiàn)象，如果不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)就會(huì)導(dǎo)致線路絕緣層被擊穿后，進(jìn)而發(fā)生更嚴(yán)重的二相和三項(xiàng)短路。電網(wǎng)中的短路會(huì)產(chǎn)生電弧和電火花，在這期間就會(huì)對(duì)井下工作人員造成人身安全隱患。由于井下的自然環(huán)境特殊并存在著易燃易爆氣體，短路后電火花可能造成更大的危害。饋電開(kāi)關(guān)一般設(shè)置在整個(gè)配電網(wǎng)的變壓器和磁力啟動(dòng)器之間，其主要作用：（1）整個(gè)系統(tǒng)的總開(kāi)關(guān)；（2）對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)電路中存在著由于電流電壓引起的故障時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)記錄故障狀態(tài)，同時(shí)切斷整個(gè)電路供電，以達(dá)到保護(hù)工作人員和設(shè)備的目的；（3）對(duì)于含有多個(gè)回路的電網(wǎng)，在某一支路發(fā)生故障時(shí)，饋電開(kāi)關(guān)可以進(jìn)行選擇性斷開(kāi)，斷開(kāi)某一支路的供電，保證其他支路不受其影響。

1饋電開(kāi)關(guān)的保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)

1.1電網(wǎng)相關(guān)參數(shù)的檢測(cè)

電網(wǎng)參數(shù)的檢測(cè)主要是與電網(wǎng)故障相關(guān)的的參量，在電網(wǎng)中主要檢測(cè)參數(shù)的電路如圖1所示。

1.2選擇性漏電保護(hù)

漏電保護(hù)裝置要既要滿足準(zhǔn)確性又要滿足快速性。通過(guò)采用幅值加相位相結(jié)合的判斷方法，保證能夠準(zhǔn)確判定線路是否存在漏電現(xiàn)象。漏電保護(hù)的快速響應(yīng)采取硬件的快速響應(yīng)，當(dāng)PLC接收到判定信號(hào)時(shí)，就啟動(dòng)執(zhí)行斷閘命令，其幾乎可以達(dá)到毫秒級(jí)。兩者的相互結(jié)合能夠加有效的發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)功能。其電路框圖如圖2所示。

1.3相敏保護(hù)

結(jié)合上文PLC在判定上存在著一定的困難性，結(jié)合相敏保護(hù)特性，采用硬件模電來(lái)進(jìn)行電路保護(hù)。其保護(hù)電路圖如圖3所示。

1.4欠壓、過(guò)壓、過(guò)載保護(hù)

煤礦井下電網(wǎng)中的欠壓是指當(dāng)PLC測(cè)定的電壓值低于額定電壓值的75%時(shí)，過(guò)壓是指測(cè)定的值大于額定電壓值的110%，采用的PLC進(jìn)行判定延遲啟動(dòng)策略。當(dāng)過(guò)載時(shí)需要進(jìn)行判定過(guò)載電流的大小，越大延時(shí)時(shí)間越短。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合煤礦井下特殊的地理環(huán)境和氣候環(huán)境，選擇臺(tái)達(dá)DVP-SS系列作為其控制器，具體選擇為DVP14SS11R，控制系統(tǒng)的流程圖如圖4所示。PLC控制系統(tǒng)的流程直接決定著饋電開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，控制器首先要對(duì)煤礦井下的絕緣狀態(tài)以及井下的瓦斯?jié)舛葼顟B(tài)進(jìn)行測(cè)定，保證合閘期間產(chǎn)生的電弧或者電火花不會(huì)引起安全事故，起到基礎(chǔ)的安全保障。若是瓦斯?jié)舛冗^(guò)大或者是絕緣異常，饋電開(kāi)關(guān)自鎖，并顯示出故障原因。若檢測(cè)完成沒(méi)有問(wèn)題，工作人員需要對(duì)饋電開(kāi)關(guān)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，設(shè)置完成后方可啟動(dòng)饋電開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)后系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行自檢監(jiān)視，對(duì)電網(wǎng)中的各個(gè)支路狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)故障源頭，就會(huì)迅速響應(yīng)斷電保護(hù)，并進(jìn)行故障顯示。若正常運(yùn)行則正常顯示電網(wǎng)中的各種參數(shù)值。

3結(jié)語(yǔ)

結(jié)合實(shí)際工作中的饋電開(kāi)關(guān)的工作機(jī)制，以臺(tái)達(dá)DVP14SS11R作為控制核心，結(jié)合煤礦井下電網(wǎng)中的故障檢測(cè)機(jī)理和實(shí)現(xiàn)的電路，利用硬件模擬電路結(jié)合PLC快速響應(yīng)機(jī)理對(duì)煤礦井下電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)。利用電網(wǎng)中的參數(shù)、相敏保護(hù)、選擇性漏電保護(hù)以及欠壓、過(guò)壓過(guò)載保護(hù)等的電路圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證了饋電開(kāi)關(guān)在電網(wǎng)中的保護(hù)的快速響應(yīng)和靈敏動(dòng)作，為井下電網(wǎng)的安全提供保障。

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作者：馬麗茹 童和平 任楠杰 單位：長(zhǎng)治職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東開(kāi)放大學(xué) 太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院